第1步：

請(qǐng)看一下上面的視頻，快速了解如何進(jìn)行磁懸浮。

請(qǐng)注意視頻中的說明非常簡(jiǎn)單，并沒有完整的啟動(dòng)提示。只需看一下視頻，然后按照以下所有步驟確保您可以成功制作自己的空氣盆景。

第2步：工作原理

我發(fā)現(xiàn)并意識(shí)到kickstarter air-bonsai版本的電路相當(dāng)復(fù)雜，沒有任何微控制器，我沒有任何知識(shí)它的模擬電路似乎沒有辦法做到這一點(diǎn)。仔細(xì)觀察之后，我意識(shí)到它的原理非常簡(jiǎn)單，那就是讓一塊磁鐵浮在另一塊磁鐵上面。我所有的休息工作都是讓浮動(dòng)磁鐵不會(huì)掉下來。

我認(rèn)為使用Arduino實(shí)際上要比計(jì)算模擬電路容易得多。我以這種方式取得了成功，真的更加簡(jiǎn)單。

磁懸浮由兩部分組成，基部和浮動(dòng)部分。

基座

這部分位于底部，由磁鐵構(gòu)成圓形磁場(chǎng)和電磁鐵控制磁場(chǎng)。

每個(gè)磁鐵都有兩個(gè)極點(diǎn)：北極和南極。實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)立吸引和同極排斥。四個(gè)圓柱形磁鐵放置在正方形并具有相同的極性，向上形成一個(gè)圓形磁場(chǎng)，以推動(dòng)任何磁鐵，磁鐵之間有一個(gè)相同的磁極。

共有四個(gè)電磁鐵，它們被放置在一個(gè)正方形中，兩個(gè)對(duì)稱的磁鐵是一對(duì)，它們的磁場(chǎng)總是相反。

霍爾傳感器和驅(qū)動(dòng)電路控制著電磁鐵。通過將電流轉(zhuǎn)移到電磁鐵上，在電磁鐵上形成相反的電極。

2. F 弱電

在基座上方放置一塊磁鐵，可以放一個(gè)小鍋。

它是如何工作的？

磁鐵頂部由底部磁鐵的磁場(chǎng)提升，因?yàn)樗鼈兪窍嗤拇艠O。然而，它傾向于翻倒并相互吸引。

為了防止頂部磁鐵片倒置和掉落，電磁鐵會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)推動(dòng)或拉動(dòng)以平衡它，這要?dú)w功于霍爾傳感器。

電磁鐵在兩個(gè)X和Y軸上控制，導(dǎo)致上磁鐵保持平衡和浮動(dòng)。

控制電磁鐵并不容易，這需要你掌握知識(shí)PID控制器的詳細(xì)信息，將在下一步中詳細(xì)討論。

步驟3：PID控制器

什么是PID？

來自維基百科：“比例 - 積分 - 微分控制器（PID控制器或三項(xiàng)控制器）是一種廣泛用于工業(yè)控制系統(tǒng)的控制回路反饋機(jī)制需要連續(xù)調(diào)制控制的各種其他應(yīng)用.PID控制器連續(xù)計(jì)算誤差值{ displaystyle e（t）}作為所需s之間的差值etpoint（SP）和一個(gè)測(cè)量過程變量（PV）并根據(jù)比例，積分和微分項(xiàng)（分別用P，I和D表示）進(jìn)行校正，給控制器起名。“

用一種簡(jiǎn)單的方法來理解：“PID控制器計(jì)算‘誤差’值作為測(cè)量的［輸入］和所需設(shè)定值之間的差值?？刂破鲊L試通過調(diào)整［輸出］來最小化錯(cuò)誤?！?/p>

因此，您告訴PID要測(cè)量的內(nèi)容（”輸入“），您希望測(cè)量的位置（”設(shè)定值“） ，）和要調(diào)整的變量可以實(shí)現(xiàn)（“輸出”。）

在Youtube中了解PID容易：https：//www.youtube.com/watch？v = ur0hOmjaHp0

PID然后調(diào)整輸出，試圖使輸入等于設(shè)定值。作為參考，在汽車中，輸入，設(shè)定點(diǎn)和輸出分別是速度，期望速度和油門角度。/p》

在這個(gè)項(xiàng)目中：

1.T 他輸入是來自大廳的當(dāng)前實(shí)時(shí)值傳感器，由于浮動(dòng)磁鐵的位置會(huì)實(shí)時(shí)變化而連續(xù)更新。

2.設(shè)定值是霍爾傳感器的值，當(dāng)浮動(dòng)磁鐵測(cè)量時(shí)位于磁鐵基座中心的平衡位置。該指數(shù)是固定的，不會(huì)改變時(shí)間。

3。輸出將是控制電磁鐵的速度。

感謝Arduino社區(qū)編寫PID庫(kù)并且它非常易于使用。

有關(guān)Arduino PID的更多信息，請(qǐng)?jiān)L問https：//playground.arduino.cc/Code/PIDLibrary

我們需要在Arduino中使用一對(duì)PID控制器，一個(gè)用于X軸，另一個(gè)用于Y軸。

現(xiàn)在是時(shí)間開始購(gòu)買必要的組件。

第4步：材料清單

以下是您需要為此項(xiàng)目購(gòu)買的組件列表，請(qǐng)確保在開始之前完成所有這些組件。

有些組件非常受歡迎，我相信您已經(jīng)有自己的庫(kù)存。

組件附帶數(shù)量和建議的鏈接。大多數(shù)建議鏈接來自Aliexpress，您可以在那里購(gòu)買便宜和免費(fèi)送貨。您可以在其他地方購(gòu)買，只要您能以最簡(jiǎn)單的方式購(gòu)買。

LM324N - X1 - $ 0.87

懸浮線圈 - X4 - $ 14.09

SS495a霍爾傳感器 - X2 - $ 5.44

12V 2A DC適配器 - X1 - $ 8.82

環(huán)形磁鐵D15 * 4mm - X8 - $ 6.8

直流電源插孔 - X1 - $ 1.64

環(huán)形磁鐵D15 * 3mm - X4 - $ 4.11

Arduino pro mini - X1 - $ 3.2

L298N模塊 - X1 - $ 2.25

14針插座 - X1 - $ 1.91

磁鐵D35 * 5mm - X2 - $ 6.65

5.6K歐姆電阻 - X2

180K歐姆電阻 - X2

47K歐姆電阻 - X2

10K歐姆電位器 - X2

亞克力板A5尺寸 - X1

木鍋 - X1

PCB面包板 - X1

3mm螺絲 - X8

電線

迷你計(jì)劃，如肉質(zhì)，仙人掌，迷你盆景

第5步：工具

以下是最常用的工具列表。

烙鐵

手鋸

萬(wàn)用表

Scew drivers

Osilloscope（optinal，你可以使用萬(wàn)用表）

表鉆孔

熱膠槍

電子鉗

第6步：LM324 Opamp和L298N驅(qū)動(dòng)器和SS495a

LM324運(yùn)算放大器

運(yùn)算放大器（op-amps）是目前使用中最重要，最廣泛使用和最通用的電路之一。

我們使用運(yùn)算放大器來放大來自大廳的信號(hào)傳感器，目的是增加靈敏度，使arduino容易識(shí)別磁場(chǎng)的變化。當(dāng)僅在霍爾傳感器的輸出處改變幾mV時(shí)，通過放大器后可以在Arduino中改變幾百個(gè)單位。這對(duì)于保持PID控制器的平穩(wěn)性和穩(wěn)定性是必要的。

在本教程中了解有關(guān)運(yùn)算放大器如何工作的更多信息。

我選擇的常見運(yùn)算放大器IC是LM324，它是非常便宜，你可以在任何電子商店購(gòu)買。 LM324有4個(gè)內(nèi)部放大器，可以靈活使用，但在這個(gè)項(xiàng)目中我只需要兩個(gè)放大器，一個(gè)用于X軸，另一個(gè)用于Y軸。

你可以找到如何組裝LM324在后續(xù)步驟中。

L298N模塊

雙H橋L298N通常用于控制兩臺(tái)直流電機(jī)的電機(jī)速度和方向，或者輕松控制一個(gè)雙極步進(jìn)電機(jī)。 L298N H橋模塊可用于電壓介于5和35V DC之間的電機(jī)。

還有一個(gè)板載5V穩(wěn)壓器，所以如果你的電源電壓高達(dá)12V，你也可以從電路板上提供5V電壓。

在這個(gè)項(xiàng)目中，我使用L298N控制兩對(duì)電磁鐵線圈，用5V輸出給Arduino和霍爾傳感器供電。

模塊引腳：

輸出2：電磁鐵對(duì)

輸出3：電磁鐵對(duì)

輸入電源：DC 12V輸入

GND：地面

5v：5v輸出到Arduino和霍爾傳感器

EnA：為Out 2啟用PWM信號(hào)

In1：?jiǎn)⒂肙ut 2

In2：?jiǎn)⒂肙ut 2

In3：?jiǎn)⒂幂敵?

In4：?jiǎn)⒂幂敵?

EnB：?jiǎn)⒂肙ut3的PWM信號(hào)

連接到Arduino：我們需要移除EnA和EnB引腳中的2個(gè)跳線，然后將6個(gè)引腳In1，In2，In3，In4，EnA，EnB連接到Arduino。詳細(xì)信息請(qǐng)參見以下步驟。

在本說明書中了解有關(guān)L298N模塊的更多信息。

SS495a霍爾傳感器

SS495a是線性霍爾傳感器帶模擬輸出。

注意模擬輸出和數(shù)字輸出之間的區(qū)別，你不能在這個(gè)項(xiàng)目中使用帶數(shù)字輸出的傳感器，它只有兩個(gè)狀態(tài)1或0，所以你可以測(cè)量磁場(chǎng)的輸出。

模擬傳感器的電壓范圍為250mV至Vcc，您可以使用Arduino的模擬輸入讀取。

兩個(gè)霍爾傳感器是需要測(cè)量X和Y軸的磁場(chǎng)。

步驟7：釹磁鐵Ndfeb磁鐵

維基百科：“釹是一種鐵磁性金屬（更具體地說它具有反鐵磁性質(zhì)），這意味著它可以像鐵一樣被磁化成磁鐵，但它的居里溫度是19 K（-254°C），所以在純凈的形式下，它的磁性只出現(xiàn)在極低的溫度下釹與過渡金屬如鐵的化合物可以使居里溫度遠(yuǎn)高于室溫，這些用于制造釹磁鐵?！?/p>

STRONG，這就是我用來形容釹磁鐵的詞。你不能使用鐵氧體磁鐵，因?yàn)樗鼈兊拇判蕴?。釹磁鐵比鐵氧體磁鐵貴得多。

小磁鐵用于制作基座，大磁鐵用于制造浮動(dòng)磁鐵。

警告：您需要小心使用釹磁鐵，因?yàn)樗鼈兊膹?qiáng)磁性會(huì)傷害您，或者它會(huì)破壞您的硬盤驅(qū)動(dòng)器或其他受磁場(chǎng)影響的電子設(shè)備的數(shù)據(jù)。

提示：您只能將兩塊磁鐵拉到水平方向，將它們分開，因?yàn)樗鼈兊拇艌?chǎng)太強(qiáng)，所以不能將它們分開。它們也非常易碎并易于破碎。

步驟8：準(zhǔn)備底座的蓋子

《我使用一個(gè)直徑為3 3/4“的小陶罐，通常用于生長(zhǎng)多汁或仙人掌。你也可以使用陶瓷鍋或木鍋，只要它們完美搭配。

使用8毫米鉆頭在鍋底部附近創(chuàng)建一個(gè)孔，用于固定直流插孔。

提示：你應(yīng)該使用平木頭來鉆到陶土鍋里，我用了一個(gè)鐵鉆，幾乎燒了，真的沒用。

你也可以用水來冷卻鉆頭，避免使鉆頭過熱。

步驟9：3D打印浮動(dòng)磁鐵座和丙烯酸激光切割

3D打印

使用我附帶的STL文件打印浮動(dòng)磁鐵支架。

如果您有可用的3D打印機(jī)，這真的很棒。祝賀你離子，你有機(jī)會(huì)用這臺(tái)機(jī)器制造一切。如果沒有，請(qǐng)不要失望，因?yàn)槟梢允褂矛F(xiàn)在非常流行的廉價(jià)3D打印服務(wù)。

提示：您只需要大約20分鐘即可完成此部分并且僅填充30％。

激光切割

您應(yīng)該使用本地激光切割服務(wù)切割兩個(gè)帶有文件的丙烯酸片，我附上作為AcrylicLaserCut.dwg。這是一個(gè)autocad文件。

丙烯酸片用于支撐磁鐵和電磁鐵，其余部分用于覆蓋陶土鍋的表面。

步驟10：準(zhǔn)備SS495a霍爾傳感器模塊

將pcb面包板切成兩塊，一塊到將霍爾傳感器和另一個(gè)連接到LM324電路上。

將兩個(gè)磁傳感器垂直連接到pcb上。注意兩側(cè)刻有傳感器相互旋轉(zhuǎn)，固定焊接。

用細(xì)線將傳感器的兩個(gè)VCC引腳連接在一起，用GND引腳做同樣的操作。輸出引腳是分開的。

步驟11：運(yùn)算放大器電路

按照原理圖將插座和電阻焊接到PCB，注意將兩個(gè)電位器放在同一方向，以便以后輕松校準(zhǔn)。

連接LM324然后將霍爾傳感器模塊的兩個(gè)輸出連接到運(yùn)算放大器電路。

連接兩根LM324輸出線連接到Arduino。 12V輸入應(yīng)與L298N模塊的12V輸入共用，L298N模塊的5V輸出連接到5V電位器。

步驟12：組裝電磁鐵

將電磁鐵裝配到丙烯酸板上，注意固定在靠近中心的四個(gè)孔處。/p》

擰緊螺釘以避免移動(dòng)。

因?yàn)殡姶盆F在中心對(duì)稱，所以它們總是在相反的磁極上，因此電磁鐵內(nèi)部的電線連接在一起，電磁鐵外側(cè)的電線連接到H型驅(qū)動(dòng)器L298N。

將丙烯酸板下的電線穿過附近的孔連接到L298N。

提示：銅線上涂有絕緣層，因此在將它們焊接在一起之前必須用刀將其取下，記得在焊接后使用熱縮管。

步驟13：附上th e傳感器模塊和磁鐵

使用熱膠將傳感器模塊固定在電磁鐵之間，注意每個(gè)傳感器必須是正方形的兩個(gè)電磁鐵，一個(gè)在前面，另一個(gè)在后面。

嘗試盡可能集中校準(zhǔn)兩個(gè)傳感器，這樣它們就不會(huì)重疊，這將使傳感器最有效。

下一步是將磁鐵組裝在丙烯酸基底上。將兩個(gè)D15 * 4mm磁鐵和一個(gè)D15 * 3mm磁鐵組合在一起形成一個(gè)圓柱體，這將使磁鐵和電磁鐵具有相同的高度。

在兩對(duì)電磁鐵之間組裝磁鐵，注意極向上的磁鐵必須相同。

步驟14：直流電源插座和L298N 5V輸出

用兩根電線焊接直流電源插孔并使用熱縮管。將DC電源插孔連接到L298N模塊的輸入端，其5V輸出將為Arduino供電。

步驟15：L298N和Arduino

將L298N模塊連接到上面的原理圖后面的Arduino。

L298N ===》 Arduino

輸出5V ===》 VCC

GND ===》 GND

EnA ===》 7

In1 ===》 6

In2 ===》 5

In3 ===》 4

In4 ===》 3

EnB ===》 2

步驟16：Arduino Pro Mini Progamming

由于Arduino pro mini沒有任何usb到串口，你需要連接外部編程器。

FTDI Basic將用于編程（和Pro Mini。

按照此Sparkfun指令獲取更多信息。

步驟17：浮動(dòng)片的準(zhǔn)備

將兩個(gè)D35 * 5磁鐵連接在一起以增加磁力。

步驟18：校準(zhǔn)設(shè)定值

將程序ReadSetpoint.ino加載到我附加的Arduino。該程序?qū)⒆x取霍爾傳感器的值并通過串口將其發(fā)送到計(jì)算機(jī)。打開COM端口即可看到它。

將12V DC插入直流電源插孔，您還可以使用示波器讀取傳感器值。

觀察屏幕上的數(shù)值，進(jìn)行調(diào)整通過調(diào)節(jié)兩個(gè)電位器。最佳值為560，此時(shí)傳感器的輸出約為2.5V。

設(shè)定設(shè)定值后，將浮動(dòng)磁鐵片放在基座上方并搖動(dòng)以查看設(shè)定值的變化在屏幕上。

提示：分別在X和Y軸上標(biāo)記這對(duì)電磁鐵和電位計(jì)，以便以后輕松糾正它們。

步驟19：加載主程序

校準(zhǔn)設(shè)定值后，現(xiàn)在是享受結(jié)果的時(shí)間。

加載Levitation.ino主程序，我已在下面附上。

使用超級(jí)膠水修復(fù)磁片和磁鐵支架，之前是3D打印的。

提示：加載主程序后，可以對(duì)電位器進(jìn)行小幅調(diào)整，使浮動(dòng)件固定在中心。

第20步：全部放在一起

首先將DC電源插孔連接到電位器上，然后將剩余部分放入電位器。

最后，使用剩余的丙烯酸板制作鍋的表面。

步驟21：準(zhǔn)備工廠

將木鍋連接到漂浮的磁鐵片上。

我用一個(gè)小仙人掌種植。您可以使用仙人掌或多肉植物或任何對(duì)稱或小而輕的迷你盆景。

步驟22：完成并享受

享受您的成果，您的努力將在您自己的桌面上使用盆景氣罐，這是由你自己制作的。
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